科學(xué)家研究嵌入半導(dǎo)體鐵磁納米粒子系統(tǒng)

宗華

未來(lái)，超高速自旋電子學(xué)將需要皮秒（1萬(wàn)億分之一秒）內(nèi)的超快相干磁化逆轉(zhuǎn)。自旋電子學(xué)主要研究固態(tài)器件中電子的自旋和磁矩。雖然這最終可能通過(guò)使用單環(huán)太赫茲脈沖的輻照實(shí)現(xiàn)，但它產(chǎn)生的磁化強(qiáng)度或調(diào)制的微小變化，迄今為止阻礙了這項(xiàng)技術(shù)的任何實(shí)際應(yīng)用。

一般認(rèn)為，太赫茲脈沖的“磁場(chǎng)”組分是磁化相干太赫茲響應(yīng)的起源。不過(guò)，正如日本東京大學(xué)研究人員此前發(fā)現(xiàn)的，太赫茲脈沖的“電場(chǎng)”組分在半導(dǎo)體鐵磁材料的太赫茲磁化調(diào)制中起著關(guān)鍵作用。

如今，該團(tuán)隊(duì)稱，他們最初的發(fā)現(xiàn)為其研究嵌入半導(dǎo)體的鐵磁性納米顆粒提供了靈感。他們的理論是，太赫茲脈沖在半導(dǎo)體中傳播時(shí)能量損耗很小，因此太赫茲脈沖的電場(chǎng)可有效應(yīng)用于每個(gè)納米粒子。

為驗(yàn)證這一理論，研究團(tuán)隊(duì)使用了一種100納米厚的半導(dǎo)體砷化鎵薄膜。薄膜中嵌入了磁性砷化錳（MnAs）納米顆粒。

“太赫茲脈沖在我們的薄膜中傳播時(shí)能量損耗很小，從而使其得以穿透薄膜。這意味著強(qiáng)太赫茲電場(chǎng)——最大強(qiáng)度為200千伏/厘米——被均勻地應(yīng)用于所有的鐵磁性納米粒子。”東京大學(xué)副教授Ohya Shinobu介紹說(shuō)，“由于自旋—軌道相互作用，這種強(qiáng)電場(chǎng)通過(guò)調(diào)制MnAs納米顆粒中的載流子密度誘導(dǎo)大磁化調(diào)制。”

研究人員成功獲得了飽和磁化強(qiáng)度達(dá)20%的大調(diào)制，并且提出，太赫茲脈沖的電場(chǎng)組分在大調(diào)制中起著關(guān)鍵作用。

“我們的研究結(jié)果將帶來(lái)皮秒內(nèi)的超快相干磁化逆轉(zhuǎn)，而這將是超高速自旋電子學(xué)的一項(xiàng)重要技術(shù)。”O(jiān)hya說(shuō)。